利用自動(dòng)歸零噪聲濾波器降低儀表放大器的輸出噪聲

作者：時(shí)間：2010-01-28 來源：網(wǎng)絡(luò)

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與傳統(tǒng)方案相比，這種間接電流反饋架構(gòu)有兩個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：

輸入共模電源在第一級(jí)即被抑制掉，使得儀表放大器可以采用單電源供電并可在整個(gè)增益范圍內(nèi)處理零電位或負(fù)電位檢測(cè)。

放大器增益通過兩個(gè)內(nèi)部匹配電阻設(shè)置，大大提高了增益精度。

自動(dòng)歸零放大器的基本原理

為了連續(xù)校準(zhǔn)放大器的失調(diào)電壓，自動(dòng)歸零放大器用一個(gè)“零”放大器并聯(lián)在信號(hào)路徑上，內(nèi)部振蕩器工作在自動(dòng)歸零頻率(fC)，典型值為幾十kHz。工作過程分為兩個(gè)階段，如圖3 所示。自動(dòng)歸零階段：兩個(gè)開關(guān)都置于1，電容(C1)充電到歸零放大器(A2)的失調(diào)電壓。主放大器(A1)的失調(diào)電壓(由C2 保持)通過NULL 引腳校準(zhǔn)。放大階段：兩個(gè)開關(guān)都置于位置2；C1 保持歸零放大器的失調(diào)電壓(已經(jīng)通過NULL 引腳校準(zhǔn))；A1 的失調(diào) 電壓由A2 測(cè)量并保存在C2 上。

圖3. 自動(dòng)歸零放大器的基本工作原理圖

自動(dòng)歸零放大器組成了一個(gè)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，由此會(huì)產(chǎn)生采樣或自動(dòng)歸零頻率fC 與信號(hào)頻率(fS)的和與差。為避免混疊失真，信號(hào)帶寬限制在fC 的一半以下。

自動(dòng)歸零技術(shù)能夠使放大器大大降低輸入失調(diào)電壓 VOS，降至幾個(gè)微伏，失調(diào)電壓漂移達(dá)到每攝氏度幾十分之一微伏。如果fC 比噪聲截止頻率高很多，1/f 噪聲仍然可以被抑制掉。理論上，自動(dòng)歸零放大器不存在1/f 噪聲，但是，斬波操作在較寬頻帶內(nèi)增大了輸出白噪聲。

降低自動(dòng)歸零頻率附近的噪聲

MAX4209 是一個(gè)間接電流反饋儀表放大器，由于內(nèi)置自動(dòng)歸零電路，具有非常高的直流精度。在有些應(yīng)用中，MAX4209 的輸出直接連接到ADC，濾除其輸出噪聲可有效改善系統(tǒng)性能。輸出噪聲是由寬帶白噪聲和自動(dòng)歸零頻率fC 以及其倍頻處的毛刺組成。特別是在ADC 的采樣頻率與自動(dòng)歸零頻率fC 之差落在有效頻帶時(shí)，引入這個(gè)濾波器更為重要。本文給出的測(cè)試結(jié)果采用的是固定增益為100 的MAX4209H，器件的信號(hào)帶寬為7.5kHz， fC 約為45kHz。由放置在放大器OUT 和FB 引腳間的外置電容(C)和內(nèi)部電阻(R2)并聯(lián)構(gòu) 成一階低通濾波器，濾波器的極點(diǎn)由C 和R2 決定，MAX4209H 內(nèi)部的R2 是99kΩ，圖4 為噪聲測(cè)量電路。